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试验研究中深孔定向断裂爆破技术参数确定与应用张长根 宇黎亮 黄汉富 赵金旺 王安舍(山西潞安矿务局)摘 要 分析了定向断裂爆破的原理,提出了中深孔定向断裂爆破的合理技术参数,并结合王庄煤矿的实际情况进行了有效的应用。
关键词 开拓巷道 毫秒爆破 定向断裂在煤矿岩巷掘进中,采用中深孔定向断裂爆破技术,将浅孔爆破(小于1 8m)改为中深孔爆破(2m~3m),周边眼采用切缝药包定向断裂爆破,减少对岩巷围岩的破坏,提高施工速度和质量,降低成本。
其爆破效果和质量的获得是以选定合理爆破参数、采用缓冲装药结构等措施来实现的。
1 切缝药包定向断裂爆破机理在切缝药包爆破中,由于切缝管的作用,沿切缝方向的孔壁直接受到爆炸冲击波的作用,在爆炸的动作用过程中,沿切缝方向孔壁处优先产生预裂隙,同时也抑制了动作用对其它方向的作用,在孔壁处产生定向裂隙,起到断裂导向的作用;高压的爆轰气体立即向切缝方向聚集,造成切缝方向的能流集中,速度加大,该方向的裂缝优先于其它方向扩展延深,消除了爆破贯通裂缝分维分形启裂和扩展的随机性,提高了断裂壁面的光滑程度,使岩面的不整度明显降低,断裂壁面所需能量减少。
此外,切缝外壳起着阻挡作用,使炸药爆炸后保持一个较高的爆轰气压,同时外壳对爆生气体的径向膨胀又有一定的限制作用,使爆生气体在装药空间内保留的时间相对延长,使裂缝扩展的时间延长,从而增大定向断裂爆破炮孔的间距。
切缝药包定向断裂爆破技术有三个主要特点:一是不需要事先减弱炮孔周围的力学强度,可不必象切槽炮孔需要开槽钻具而带来的麻烦,它简单方便,具有良好的能量集中和定向断裂作用;二是炮孔间距增大;三是周边成形规整,不平整度明显减少。
2 技术参数确定采用切缝药包来控制断裂面形成的中深孔定向断裂爆破技术,其效果的好坏取决于以下参数。
2 1 药包切缝宽度在一定装药条件下,药包切缝宽度有一个合适值。
如果切缝宽度太小,则动作用对孔壁的直接作用减弱,如果切缝宽度太大,则动作用对孔壁作用范围增大。
煤矿巷道掘进中的中深孔爆破技术探讨煤矿巷道掘进中的中深孔爆破技术探讨【摘要】作为煤矿掘进中的一项关键技术，中深孔爆破技术明显优于其他爆破方式。
它具有掘进效率高、破碎效果好、施工进度快、安全性能好等特点，能以较低的价格成本实现较高的施工质量，因此在矿山巷道掘进中得到广泛运用。
本文基于中深孔爆破技术概述，对炮眼参数设置、技术优化调整、眼槽布置等中深孔爆破关键技术展开了较为详细的分析，并提出了使用该技术爆破施工中应注意的事项。
【关键词】煤矿；巷道掘进；中深孔爆破技术；参数设置1.中深孔爆破技术钻岩爆破法是目前世界范围内运用最为常见的巷道掘进方法。
一般情况下，钻岩爆破法施工效率与钻岩机械化作业线配备配置、爆破工艺水平及掘进管理素质有密切关系，这些因素也是制约钻岩爆破法发展的主要因素。
钻岩机械化作业线配备程度尤其重要，对爆破工艺水平及掘进管理素质起着支配作用。
中深孔爆破技术作为钻岩爆破法的一种，能准确地控制爆破产量，且爆破范围局限于炮眼周围，易于进行二次爆破，因此具有广阔的运用前景。
中深孔爆破技术除了要注意以上3方面的制约因素外，还应注意炮眼参数设置、技术优化调整、掏槽方式等方面的内容，以下将分别从这几方面进行阐述。
2.中深孔爆破技术研究2.1炮眼参数设置对要确定中深孔爆破中炮眼的深度，要根据当地煤矿井下岩石的性质、井下巷道断面的尺寸、在爆破中凿岩机械的设备类型以及当地煤矿的作业方式来确定，一般在工程中中深孔钻机的直径为80～200mm，一旦确定了钻机的型号，那么炮孔的直径也就确定了，通常采用的孔径是45mm、80mm、100mm、150mm 等，如果是井下的煤矿在开采时一般将炮眼深度设定为2～2.5m比较适宜。
炮眼的深度不宜过大，如果深度过大将会造成爆破冲击，增大排粉的难度，使爆破掘进不能正常循环进行。
煤矿中深孔爆破中，最小抵抗线的设定是非常重要的，它的设定对工程开采的影响很大，假如前排的抵抗线过大，就会导致炮不能很好地推出去，出现强烈的后冲、拉裂等现象，不仅如此，多底根、大石块等都会出现，严重影响了爆破的进度；反之，如果抵抗线设定的过于小，不仅会浪费炸药、增加作业时间，还会出现飞石，对施工人员的安全有很大威胁，无形中增加了工程成本。
深孔爆破法的主要参数深孔爆破法是一种常用于矿山、隧道和大型土方工程中的爆破技术。
其主要参数对于爆破效果、安全性和经济效益具有重要影响。
以下将对深孔爆破法的主要参数进行详细分析。
一、孔径孔径是深孔爆破法中的一个关键参数。
一般来说，孔径越大，装药量越多，爆破效果也越好。
但是，孔径的增大也会导致钻孔成本和时间的增加。
因此，在选择孔径时，需要综合考虑爆破效果、钻孔成本和工程要求等因素。
二、孔深孔深是指钻孔的深度。
孔深的选择应根据工程要求和地质条件来确定。
一般来说，孔深越深，爆破效果越好，但是钻孔成本和时间也会相应增加。
此外，孔深还会影响爆破的安全性和控制性。
因此，在选择孔深时，需要综合考虑多种因素。
三、孔距孔距是指相邻两个炮孔之间的距离。
孔距的大小直接影响爆破效果和岩石的破碎程度。
孔距过小会导致岩石过度破碎，增加清渣的难度和成本；而孔距过大则可能导致爆破效果不佳，需要增加炮孔数量来提高爆破效果。
因此，在选择孔距时，需要根据岩石的性质、工程要求和爆破效果等因素进行综合考虑。
四、装药量装药量是指在每个炮孔中装填的炸药量。
装药量的多少直接影响爆破效果和安全性。
装药量过少可能导致爆破效果不佳，而装药量过多则可能引发安全事故。
因此，在确定装药量时，需要根据岩石的性质、孔径、孔深和孔距等因素进行精确计算。
五、起爆方式起爆方式是指引爆炸药的方法。
在深孔爆破法中，常用的起爆方式包括电雷管起爆和非电导爆管起爆等。
起爆方式的选择应根据工程要求、安全性和经济性等因素进行综合考虑。
六、安全防护措施安全防护措施是指在深孔爆破过程中采取的安全措施，包括人员撤离、警戒线的设置、安全距离的计算等。
安全防护措施的有效性直接关系到工程的安全性和人员的生命安全。
因此，在进行深孔爆破时，必须严格遵守安全规定，采取有效的安全防护措施。
爆破技术一、中深孔爆破技术露天浅孔爆破特指岩土开挖、二次破碎大块时采用的炮孔直径小于50mm、深度小于5m的爆破作业。
深孔爆破就是炮孔孔径大于75mm且深度在5m以上的采用延长药包的一种爆破方法。
而中深孔爆破方法是介于浅孔爆破与深孔爆破之间的以专用钻凿设备钻孔作为炸药包埋藏空间一种爆破方法，其直孔径一般为50mm—350mm，孔深为5m —20m，以下简要介绍目前在我省中小型露天矿山生产实践中较为有效实用的中深孔爆破斜眼炮孔布置方式的基本参数。
孔径d：决定于钻凿设备。
中小型露天矿山可采用轻型支架式潜孔钻机，其直孔径一般为75mm—100mm；孔深：一般为12m—15m；炮孔排数：视最小工作平台宽度，(3—6)排，一般取(4—5)排；孔距a：指同一排炮孔中相邻两个炮孔的中心线间的距离。
计算方式：可用底盘最小抵抗线W和邻近系数m的乘积来计算，即a=m〃W(单位：米)中深孔爆破a值经验取值为3m～7m；排距b：相邻两排炮孔间的距离。
按炮孔的布置方式有不同的计算方式。
排间炮孔交错呈等边三角形布置时，计算方式：b=a〃Sin60o=0.866a (单位：米)；排间炮孔平行布置时，计算方式：b=f〃a，(单位：米)；f为排间系数，根据矿岩性质，一般常取为0.45～0.75。
底盘最小抵抗线W的大小与炮孔直径、装药直径、炸药威力、装药密度、岩石可爆性、要求破碎程度和阶段高度有关。
计算方式：W=(0.6～0.9)H；超钻深度h：h=(0.15～0.35)W，岩石松软、层理发育时，取小值，岩石坚硬时取大值。
但应注意超深也不能太大，否则会将底板或下一台阶的顶部破坏；填塞长度：合理的填塞长度和良好的填塞质量对炸药爆炸能量的充分利用，爆破质量和安全有很大的影响。
填塞过短或不严密，容易造成岩块飞散，产生冲天炮和出现根底，填塞过长又容易在孔口部分形成大块。
填塞长度一般为炮孔直径的(15～30)倍。
炸药单位消耗量q：一般硝铵炸药，取(0.15～0.6)kg/m3，软岩取小值，硬岩取大值；炮孔装药量：影响其取值的因素较多，主要因素有：合理炸药单位消耗量取值、岩石性质和地质条件、炸药品种、装药结构、气候条件、爆破方法的选择。
岩巷中深孔爆破合理掏槽型式的确定
在井巷掘进爆破中，每循环都必须首先掏槽，为大量的继爆炮孔创造破碎补偿空间和自由面。
岩巷掘进影响进尺的关键因素就是掏槽爆破，要提高炮眼利用率，就应首先选择合理的掏槽型式和掏槽参数。
因此，掏槽爆破是井巷爆破技术中的主要难点和关键。
多年来某矿业集团在岩巷掘进中普遍采用1. 5 m 的浅孔爆破，月进尺一直徘徊在60 ～ 80 m，而且成巷质量差，支护费用高，造成采掘接续紧张。
后来在原有设备条件下进行了中深孔爆破试验，取得了一定成功。
但由于凿岩难度大，工人劳动强度大，为改善这种现状，矿方投资购置了阿特拉斯科普柯凿岩台车，侧卸式装岩机，为实施中深孔爆破，创造了良好条件。
1. 直眼掏槽破岩机理
井巷掏槽爆破一般分为直眼掏槽和斜眼掏槽两种。
对于中深孔爆破，由于斜眼掏槽的应用受到巷道断面宽度的限制，所以必须采用直眼掏槽方式。
其突出优点是眼深不受巷道断面的限制，并利于机械化钻孔和多台钻机同时作业；其最大缺点是向工作面方向的抛渣能力很弱。
从技术难易程度上来讲，直眼掏槽较为复杂，要求严格。
直眼掏槽爆破实际上是单自由面下具有一定排列规律和起爆时续的柱状药卷
装药的一种群孔爆破。
它的特点是炮眼间距小，炸药单耗高，
抛掷排渣困难。
研究表明，槽腔在形成过程中，大体可分为两个阶段：第一阶段，爆炸冲击波对岩石进行粉碎性破碎，即破碎过程；第二阶段，爆生气体余压膨胀，从而将已破碎的岩石抛出腔外，即抛掷排渣过程。
对于掏槽爆破来讲，保证槽腔成型质量及提高其清洁度是很重要的。
根据槽腔形成机理，掏槽眼爆破后，只有装药上端部炸药（即等效集中装药）使岩石破碎，形成弱抛掷，产生爆破漏斗，而柱状装药则仅产生挤压破碎作用，只有极少的能量用于岩石的抛出，绝大部分破碎岩石仍滞留于掏槽眼内，这对后继辅助眼和周边眼的爆破极为不利。
为使槽腔体积大而干净，并克服岩石的“再生”现象，在掏槽部位中心钻一同直径（或较大直径）超深200 ～ 300 mm 的空孔，不用堵塞，在中空孔中适当装入一定量、延迟起爆的炸药，以加强抛掷作用。
它不仅起到一般空孔的作用，提供临空面和破碎补偿空间，而且还能把装药孔破碎的岩石，进一步破碎抛出槽外，从而加大掏槽的有效深度与体积。
2. 直眼掏槽爆破参数的确定
2.1 掏槽眼间距确定
一般直眼掏槽均布置空孔，作为首爆炮孔的自由面和破碎膨胀空间。
首爆炮孔爆炸后，其柱状冲击波或应力波在岩体介质中引起破坏，其破坏区域可分为粉碎区、破裂区以及弹性区。
因此，在掏槽设计时，主要以柱状装药在介质中产
生的破碎区大小为依据确定孔距。
对于井下小直径炮孔装药爆破所产生的破碎圈半径通常为孔径的3 ～ 5 倍，即掏槽眼间距应设计为孔径的3 ～ 5 倍。
同时应保证炮孔的堵塞长度和质量，堵塞长度不应小于孔间距的
1.5 倍。
这样才能保证反射引起的爆生气体能量释放前，将孔间岩石在爆炸应力波作用下完全被挤压破碎。
2.2 掏槽药量
根据掏槽爆破要求，爆后要将槽腔内岩石充分破碎并抛出，因此，装药量较其它炮孔要大。
直眼掏槽药量的经验计算公式为〔3〕：
3. 选择掏槽型式的试验情况
掏槽爆破效果受多方面因素的影响，如岩石特性、炸药性能、操作技术水平等，如何根据该矿的具体情况，通过试验选择适合的直眼掏槽爆破型式是本次试验研究的重点。
试验巷道为该煤矿- 450左翼大巷，位于中细砂岩中，岩层完整性较好，岩石硬度系数f = 8，掘进断面15.3 m2。
钻眼机具为阿特拉斯科普柯双臂液压凿岩台车。
根据厂家提供的说
明书，当钻眼深度为3.0 m 时，凿岩台车达到最佳工效。
由于该矿以前从未进行过眼深达3.0 m 的中深孔爆破，因此试验时在巷道断面单独进行掏槽试验，以便找出适合于煤矿巷道岩石特性的掏槽方式，然后再应用于全断面一次爆破。
直眼掏槽若选用较大直径的中空孔，爆破效果相对较好，但钻车需更换大直径的钻头，比较费时，故在试验时掏槽眼均采用直径为42 mm 的钻头钻眼。
试验爆破器材采用2 # 岩石硝铵炸药，5 段毫秒电雷管。
试验初期分别选取了如图1 所示的三角分阶分段掏槽、菱形掏槽、正方形抛射掏槽3 种型式分别进行试验。
试验选用的掏槽型式示意图通过试验发现，由于掘进巷道岩石坚硬，完整性较好加之掏槽眼较深，以上几种方式掏槽区域范围小，岩石的夹制作用非常大，掏槽爆破效果不理想。
根据试验中出现的问题，在正方形抛射掏槽的基础上，
形成了复式桶形直眼掏槽方式。
该方式掏槽区域范围较大，在中空眼中装延时起爆的炸药可起到抛掷排渣的作用。
复式桶形掏槽共布置9 个炮孔，其中1 ～ 8 为正常掏槽眼，深3.0 m，孔径44 mm ，9 号眼为空眼，超深300 mm，在其底部装2 卷药，不用堵塞。
1 ～ 4 号眼采用1 段毫秒雷管起爆，5 ～ 8 号眼采用2 段毫秒雷管起爆，中心抛射眼采用3 段毫秒雷管起爆，以加强抛渣。
具体布置见图2，图中数字代表炮眼编号，通过计算，确定a 为150 mm，b 为200 mm。
图2 复式桶形掏槽示意图
试验结果表明，对于该巷道的岩石情况，比较而言，复式桶形直眼掏槽掏槽效果较好，炮眼利用率达95%以上。
多种掏槽爆破的试验结果见表1。
4 结语
岩石巷道掘进，掏槽爆破是关键。
在掏槽型式的选择时，应考虑掏槽型式简单、工人容易掌握的原则。
通过试验研究表明，复式桶形掏槽方式完全适合煤矿大巷中深孔爆破。
掏槽爆破后形成槽腔较深，炮眼利用率达95%以上。
该掏槽型式较其它几种型式的直眼掏槽炮眼数目多几个，掏槽爆破区域较大，且爆破后形成的槽腔较深且干净，可为后继辅助眼及周边眼的爆破创造较好的自由面及破碎膨胀空间，从而使循环进尺达到理想水平，其优越性是显著的。
直眼掏槽对钻孔精度要求高，必须保证钻眼位置和角度的精确度，做到“快、准、直、齐”。
需要对凿岩台车操作人员强化培训，提高工人技术素质。
